一种磷石膏农用肥及其制备方法和应用

摘要

本发明涉及固废资源化利用技术领域，尤其是一种磷石膏农用肥及其制备方法和应用，将磷石膏研磨造粒，使得磷石膏中杂质能够在研磨过程得到裸露出来，再经造粒成型后，便于后续磷石膏农用肥成型；再经煅烧处理，实现内部挥发成分从颗粒内向外逃逸，促使颗粒内形成若干孔隙；再利用农用肥熔化处理成液态后，将磷石膏颗粒浸入搅拌，实现了磷石膏颗粒吸附农肥养分，使得磷石膏与农用肥得到有机复合，改善磷石膏农用肥肥效，且经研磨‑造粒‑煅烧工艺增强磷石膏颗粒结构性能，改变磷石膏粉化、散化时间，改善缓释效果。

说明书

技术领域

本发明涉及固废资源化利用技术领域，尤其是一种磷石膏农用肥及其制备方法和应用。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸工艺所排放出来的工业废渣，一般每生产1吨湿法磷酸(以P

目前，磷石膏资源化综合利用得到了初步研究，且取得了相应的成效，使得磷石膏被广泛应用于建材、化工、农业方面，例如：在建材方面，将磷石膏作为原料生产砌块、保温砖、水泥等；在化工方面，将磷石膏作为原料生产硫酸、造纸等；在农业方面，将磷石膏作为原料制备肥田剂、土壤改良剂、土壤调理剂等。其中，由于建材、化工等方面所需要采用的硫铁矿、天然石膏等原料易得，品相相比磷石膏更加优异，且价格低廉，导致磷石膏在建材、化工领域应用量并不显著；同时将磷石膏用于农业方面却取得了可喜的效果，加快了磷石膏在农业方面的应用。然而，磷石膏应用于农业方面依然面临着众多难题，例如：磷石膏中含有少量的氟、重金属等污染物，使得应用于农业中后，会随着雨水冲刷进入到土壤环境中，导致土壤受到污染。

鉴于此，本研究团队着眼于磷石膏在农业应用方面存在的诸多缺陷，开展磷石膏用于土地综合整治和生态修复技术及应用示范(黔科合服企[2018]4011)立项研究，确定立项研究方向(如图1所示)：①以磷石膏作为原料，将磷石膏高温无害化处理，加大磷石膏消纳量，制备成土壤改良剂；②以磷石膏作为原料添加制备农用肥；③以磷石膏作为原料，针对盐碱地制备改良剂；④以磷石膏作为原料，利用重结晶法改性制备土壤调理剂。

基于上述立项研究方向，本研究由项目组成员周昌平负责，侧重将磷石膏作为原料添加制备农用肥，并对现有技术中关于磷石膏添加制备农用肥方面的技术进展进行检索分析，可知：磷石膏添加用作农用肥生产技术已经得到了发展，并且出现了大量的研究文献，例如：浙江大学在专利号为201310025701.6的文献中公开：利用磷石膏为原料的溶液结晶法制备尿素磷石膏，该方法利用向饱和尿素水溶液中投加磷石膏、溶解性磷酸盐和尿素，在常压常温下，混合均匀后结晶，得到尿素磷石膏浆液，固液分离，固相干燥得尿素磷石膏，液相回收尿素循环使用，使得所得尿素磷石膏具有晶型规则、粒度均匀、纯度精确可调、质量稳定的特点，可见，该法是为了解决传统物理混合法导致所得尿素磷石膏的质量不易稳定，纯度难以调整的技术缺陷。再例如：云南磷化集团有限公司在专利号为201310071784.2的文献中公开：将纯度为50-90％的尿素与磷石膏中硫酸钙按摩尔比为1.5-3:1的比例混合，加入原料重量10％的水，在20-100℃下反应0.5-6h，固液分离，得到预处理后的磷石膏，液相回收尿素，使得对磷石膏预处理过程更加简单易行，以解决农用尿素磷石膏生产过程中的工艺复杂、投资大、成本高的缺陷，利用预处理过程的重结晶，使得粒度进一步细化。

然而，本研究者经过对现有技术所得的尿素磷石膏进行盆栽试验得知：尿素磷石膏的肥效性依然不理想。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种磷石膏农用肥及其制备方法和应用。

具体是通过以下技术方案得以实现的：

本发明创造的目的之一是提供磷石膏农用肥制备方法，包括以下步骤：

(1)磷石膏研磨造粒，煅烧成磷石膏颗粒；

(2)农用肥加水熔化成液态，将磷石膏颗粒加入，搅拌，过滤，冷冻干燥，得磷石膏农用肥。

为了能够增强造粒成型颗粒的强度，提高稳定性，优选，所述的步骤(1)，磷石膏与新鲜秸秆按照1:0.01-0.1的质量比混合均匀后，送入研磨机中研磨，造粒，300-500℃下煅烧处理，得到磷石膏颗粒。

为了避免煅烧过程过度氧化，导致磷石膏颗粒粉化、分散性较快，导致缓释效果不佳，优选，所述的步骤(1)，煅烧是在氮气保护氛围下。

本发明创造中所述的新鲜秸秆可选自但不仅限于玉米秸秆、甘蔗秸秆中至少一种。更加优选含糖分成分较多的农作物秸秆。

为了能够调整磷石膏颗粒粉化、分散时的均匀性，提高缓释效果，优选，所述的步骤(1)，在煅烧后还包括送入库温为＜5℃的冷库中冷却处理至少10min，获得磷石膏颗粒。

本发明创造实际在操作时，所述的步骤(2)是将磷石膏颗粒浸入，以100r/min搅拌处理至少5min后，滤出颗粒，在-5℃至0℃冷冻干燥处理1h，即得。

本发明创造中所述的农用肥可选自但不仅限于尿素、硝酸铵、氯化铵中至少一种。在本发明创造实际试验操作和实施例中所采用的农用肥是尿素，进而制备成磷石膏尿素产品。

本发明创造的目的之二是提供上述的方法制备的磷石膏农用肥。

本发明创造的目的之三是提供上述方法制备的磷石膏农用肥应用于玉米发芽、辣椒发芽用营养土的制备。具体营养土制备过程是：将磷石膏农用肥直接拌入土壤中制备而成。

与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：

①将磷石膏研磨造粒，使得磷石膏中杂质能够在研磨过程得到裸露出来，再经造粒成型后，便于后续磷石膏农用肥成型；再经煅烧处理，实现内部挥发成分从颗粒内向外逃逸，促使颗粒内形成若干孔隙；再利用农用肥熔化处理成液态后，将磷石膏颗粒浸入搅拌，实现了磷石膏颗粒吸附农肥养分，使得磷石膏与农用肥得到有机复合，改善磷石膏农用肥肥效，且经研磨-造粒-煅烧工艺增强磷石膏颗粒结构性能，改变磷石膏粉化、散化时间，改善缓释效果。

②经新鲜秸秆加入研磨，使得磷石膏研磨成浆液，保障造粒成型的稳定性，再经煅烧处理，使得秸秆等有机成分得到碳化形成生物炭。且加大挥发成分的散发量，改善磷石膏颗粒性能，增强颗粒强度同时，提高对农用肥的吸附效果，增强农用肥与磷石膏颗粒的复合效果，改善磷石膏农用肥的肥效。

③本发明创造具体的量化研究数据结果见具体实施方式部分的试验阐述；本发明创造工艺流程简单，有助于加大对磷石膏的消纳量，加快农业领域应用磷石膏，提高磷石膏在农业领域的附加值。本发明创造虽然是在试验室开展的研究成果，但该技术成果的操作工艺简单，所需要设备投资低，成本低，易于产业化推广实施。

附图说明

图1为本发明创造所在项目立项研究的整体研究方向示意图。

图2为本发明磷石膏农用肥生产工艺流程图。

图3为另外实施例生产工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

本发明创造中所采用的磷石膏是取自贵州省磷化工集团的磷石膏渣场；尿素直接从市场上购买；玉米秸秆采用当年(2018年)贵州省某农户家生产的玉米秸秆(含水率15％)。

实施例1

取磷石膏经研磨-造粒形成粒径维持在2.8mm-5mm之间的颗粒，将该颗粒置于300℃的温度，在氮气气氛保护下煅烧处理15min，得到磷石膏颗粒；

取尿素，按照液固比为1:1.5的质量比加入水，将尿素熔化成溶液后，再将磷石膏颗粒浸入，以100r/min搅拌处理5min后，滤出颗粒，在-5℃至0℃之间冷冻干燥处理1h，即得。

实施例2

如图2所示，取玉米秸秆粉碎成1cm的颗粒，将其加入到磷石膏中研磨，加入量占磷石膏质量1％，其他步骤按照实施例1的制备方法制备得到磷石膏农用肥。

实施例3

如图3所示，将实施例2制备得到的磷石膏颗粒送入库温为＜5℃的冷库中冷却处理10min后，再按照实施例2的制备方法制备得到磷石膏农用肥。

盆栽试验：2018年9月-12月开展

1、制备营养盆

取底部有口的塑料盆(半径8cm，高15cm的圆柱形塑料盆)12个，在底部开口处铺设尼龙网，加入土壤覆盖塑料盆盆地，覆盖厚度为3cm，得底层土壤；

配制营养土：分别取实施例1-3制备的磷石膏农用肥作为试验组用营养土添加剂；取磷石膏与尿素按照等质量比混合而成的磷石膏农用肥作为对照组用营养土添加剂。取1kg土壤，向土壤中添加营养土添加剂150g，采用100r/min搅拌处理15min后，得到营养土。

将营养土平铺在底层土壤表面，完成盆栽试验用营养盆的制备。

2、栽培试验

试验品种：贵单8号玉米种。

将12个塑料盆分别供给三个试验处理组和一个对照处理组盆栽试验，每个处理组三个塑料盆，每个塑料盆内放入10粒玉米种，且利用营养土覆盖1cm厚，置于20℃的环境中，生化培养，且每天向营养盆内喷洒30mL自来水，保持营养土湿润。待幼苗长出(约5d)后，统计各组幼苗数量，且拔掉长势较差的幼苗，留下2株长势较强的幼苗，持续培养，并每隔3d测量土表层上的玉米植株高度，其结果如下表1所示。

淋溶栽培试验：2019年1月-3月开展

将盆栽试验过程中采用的试验组和对照组的磷石膏农用肥，分别取150g置于海绵垫(宽20cm，长50cm，厚4cm)上，且海绵垫底部放置有塑料盆作为支撑架；将磷石膏农用肥平铺在海绵垫上后，按照每隔4d采用喷壶喷洒30mL自来水，持续喷洒20d后，将海绵垫上的磷石膏农用肥倒入烧杯中称量，并统计损失重量情况，且将结果记录在如下表2中。每组重复三次。

同时，将从海绵垫上取下来的磷石膏农用肥，加入到1kg土壤中配制营养土，并按照盆栽试验过程进行玉米盆栽试验，对玉米幼苗数量和玉米植株高度进行测量统计，其结果如表2所示。

表1盆栽试验

备注：幼苗数量是对每组试验中三个塑料盆中的所有幼苗求和；平均植株高度是对保留下来的2株幼苗进行持续跟踪测量时，测量6株幼苗高度，每盆高度求和之后取第一次平均值，再将所得第一次平均值求和后，再取平均值；取平均值时保留小数点后两位。

表2淋溶栽培试验

备注：喷淋后重量是直接记录天平称重所得三次重复的平均值；幼苗数量是对每组试验中三个塑料盆中的所有幼苗求和；平均植株高度是对保留下来的2株幼苗进行持续跟踪测量时，测量6株幼苗高度，每盆高度求和之后取第一次平均值，再将所得第一次平均值求和后，再取平均值；取平均值时保留小数点后两位。

从表1可知，通过对磷石膏采用研磨-造粒-煅烧工艺处理成磷石膏颗粒后，再将磷石膏颗粒浸入到农用肥(尿素)水溶液中，搅拌吸附处理后制备成磷石膏农用肥，有助于促进玉米种子发芽，提高出苗率，且能够快速为玉米幼苗提供养分，加快幼苗快速生长，同时，对玉米幼苗养分供给周期较长，保障对玉米养分的持续性供给。从表2可知，经自来水喷淋后，本发明创造磷石膏农用肥中的养分损失率明显降低，尤其是玉米植株后期生长的养分供给持续性较强，磷石膏农用肥缓释效果较佳，保障玉米植株的正常生长。

本发明创造所得的磷石膏农用肥的肥效较佳，且利用磷石膏、秸秆等制备而成，原料易得，成本较低，工艺简单，易于产业化推广实施。

除此之外，本研究者在研究过程中，对于尿素与水配制的液固质量比进行调整研究，得知，对于液固质量比达到1:2甚至更低时，对于尿素用量添加形成的磷石膏农用肥的肥效(缓释)变化不显著，而且还容易造成大量尿素的浪费，使得磷石膏尿素生产成本较高。而对于液固质量比达到1:1甚至更高时，将会导致尿素浓度极低，影响了磷石膏颗粒的吸附性能，造成部分磷石膏颗粒在浸入搅拌过程中出现粉化，致使过滤所得成型颗粒度较差，所得磷石膏农用肥的品相较差。

本发明创造中采用的新鲜秸秆在具体实施方式中采用的是含水率为15％的玉米秸秆，当然采用甘蔗秸秆代替玉米秸秆，也能够达到类似的效果。然而，对于研究过程中，研究者将玉米秸秆的用量调整至占磷石膏质量＞10％的用量时，出现所得磷石膏颗粒成型效果较差，在煅烧之后，出现大量的粉末，导致成型率较差，且在浸入农用肥水溶液中时，其分散、散化率较高，导致最终磷石膏农用肥的品相较差；而对于玉米秸秆的用量＜1％的磷石膏用量时，致使所得的磷石膏农用肥的缓释效果大幅度下降，造成肥效性依然较差。

本发明创造经过采用磷石膏与农用肥复合形成磷石膏农用肥后，其能够极大程度解决农用肥直接作用在玉米种子、辣椒种子中所导致的烧种、烧苗、烧根现象，且利用了磷石膏的缓释效果，增强了磷石膏农用肥缓释供养分的肥效性，进而为玉米苗、辣椒苗生长过程持续补充养分，保障了植株的正常生长。经研究者将制备成的营养土用于辣椒种子育苗可知：本发明创造能够使得辣椒种子的发芽出苗率达到96％以上，相比对照组所配制而成的营养土来说，其发芽出苗率至少提高了10个百分点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。